王 丹

(遼寧本溪本鋼北營動力廠，遼寧 本溪 117000)

淺談工廠中提高功率因數(shù)的措施

王 丹

(遼寧本溪本鋼北營動力廠，遼寧 本溪 117000)

分析了造成供電系統(tǒng)功率因數(shù)偏低的主要因素，概述了提高功率因數(shù)的重要意義，介紹了提高功率因數(shù)的基本方法，并對近年來人工補償無功功率的先進手段進行了簡要說明。

功率因數(shù)；有功功率；無功補償

0 引言

功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項重要技術(shù)經(jīng)濟指標。提高功率因數(shù)，對廠礦企業(yè)減少能源浪費，降低成本消耗，改善電網(wǎng)質(zhì)量具有特別重要的意義。在電力系統(tǒng)中，用戶功率因數(shù)直接關(guān)系到供電線路的電壓損失和電壓波動，以及電能的節(jié)約和整個供電區(qū)域的供電質(zhì)量。對廣大廠礦企業(yè)來說，功率因數(shù)是關(guān)系到電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的一個重要問題，應(yīng)予以充分重視。

1 功率因數(shù)的定義

在交流電路中，電壓與電流之間相位差(φ)的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cosφ表示；在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosφ=P/S。簡要來說就是對電能的利用率。

2 影響功率因數(shù)的主要因素

(1) 大量的感性設(shè)備，如異步電機、感應(yīng)電爐、交流電焊機等，是無功功率的主要消耗者。

(2) 變壓器作為廠礦中重要的供配電設(shè)備，其產(chǎn)生的無功功率同樣是影響功率因數(shù)的主要因素，尤其是大容量變壓器，消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無功功率約為滿載時的1/3[1]。

(3) 系統(tǒng)電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快。同時，電壓過高對電氣設(shè)備使用壽命以及絕緣性能等有較大危害。

(4) 用電設(shè)備自身特性。由于各種用電設(shè)備的自身特性不同，電壓與電流之間的相位關(guān)系大不相同，所以設(shè)備自身特性直接影響系統(tǒng)功率因數(shù)。

3 提高功率因數(shù)的重要意義

(1) 提高電能質(zhì)量，改善設(shè)備運行條件，可保證設(shè)備在正常條件下工作，這就有利于安全生產(chǎn)。

(2) 可節(jié)約電能，減少無功損耗，降低生產(chǎn)成本，減少企業(yè)的電費開支。

(3) 能提高企業(yè)用電設(shè)備的使用效率，充分發(fā)揮企業(yè)的設(shè)備潛力。

(4) 可減少線路的功率損失，提高電網(wǎng)輸電效率。由于線路使用的導(dǎo)線存在著電阻，電流通過線路時，線路自身要產(chǎn)生有功功率損耗，該有功功率損耗又與電流平方成正比，線路在輸送一定的有功功率時，線路的電流又與功率因數(shù)成正比。所以，線路在輸送一定的有功功率時，其自身產(chǎn)生的有功功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比，故提高功率因數(shù)就能降低線路的有功功率損耗。

(5) 可改善變壓器運行效率，減少無功損耗，提高變壓器出力。由于變壓器在輸出一定有功功率時，其需用容量(視在功率)與變壓器的功率因數(shù)成反比，所以當變壓器輸出一定有功功率時，功率因數(shù)提高就能減少變壓器的需用容量，從而提高變壓器的供電能力。

4 改善功率因數(shù)的措施

(1) 減小電機的空載損耗。感應(yīng)電機的空載損耗主要是無功功率損耗，因為電機在輕載或空載時功率因數(shù)很低，所以，要正確選擇異步電機的容量，容量不能過大，盡可能滿載運行，避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象發(fā)生。

(2) 提高感應(yīng)設(shè)備的檢修質(zhì)量。感應(yīng)設(shè)備的檢修質(zhì)量對功率因數(shù)影響很大，所以檢修感應(yīng)設(shè)備時，應(yīng)保證原來的各項參數(shù)不變，使檢修后電機的效率、功率因數(shù)不低于原來出廠時的標準。

(3) 電力變壓器不宜長期輕載、空載運行。變壓器空載運行會使用電增加，對整個系統(tǒng)來說會增加線損，增加運行成本。變壓器相當于感性負荷，也會消耗一些系統(tǒng)無功。電力變壓器的容量也不宜選擇太大，因為對高壓電網(wǎng)來說，變壓器是高壓電網(wǎng)的負載，也有提高功率因數(shù)的問題。若變壓器輕載運行，當負荷率小于額定容量60%時，一次側(cè)的功率因數(shù)就顯著下降，可達11%～18%。因此，電力變壓器在負荷率為60%以上時，運行才比較經(jīng)濟。正常情況下80%比較合適。

圖1為正常情況下變壓器效率與功率因數(shù)之間的關(guān)系曲線[2]。

圖1 變壓器效率與功率因數(shù)關(guān)系曲線

(4) 合理安排工藝流程。在生產(chǎn)過程中，尤其是工程新建以及設(shè)備調(diào)試期間，應(yīng)避免電氣設(shè)備的空載運行時間過長，要合理安排好工藝流程，減少電能損耗。

(5) 加強電力設(shè)備管理，準確掌握系統(tǒng)負荷變化情況，及時調(diào)控?zé)o功補償設(shè)備。在生產(chǎn)過程中，由于系統(tǒng)負荷波動較大，應(yīng)準確掌握系統(tǒng)用電情況，根據(jù)功率因數(shù)的變化，及時調(diào)控廠礦所設(shè)有的無功補償設(shè)備，如SVC無功補償設(shè)備、并聯(lián)電容器等，避免功率因數(shù)過低以及過補償現(xiàn)象發(fā)生。

另外，可通過人工補償無功功率來提高功率因數(shù)。表1為本廠部分變電所電容器補償前后功率因數(shù)變化情況。

表1 功率因數(shù)變化情況表

注：僅供參考，依據(jù)負荷不同而變化。

目前，大多廠礦采用并聯(lián)電容器補償無功功率，即在感性負載兩端并聯(lián)適當容量的電容器，由于電容器產(chǎn)生容性無功，利用它的無功功率來補償用電設(shè)備的感性無功功率。

在許多廠礦中仍采用落后的固定式電容補償，即并聯(lián)電容器的容量一定，投入補償時，將電容器的全部容量投入，不能依據(jù)系統(tǒng)負荷變化而變化，缺乏一定的靈活性，不能自動調(diào)節(jié)，經(jīng)常會出現(xiàn)過補和欠補現(xiàn)象，造成系統(tǒng)功率因數(shù)波動較大，嚴重時甚至?xí)痣娏ο到y(tǒng)諧振，損壞設(shè)備，影響生產(chǎn)，更容易造成電容器運行中過電壓、過電流、使用壽命減短等問題。

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，近幾年研究開發(fā)了新的無功補償裝置——變電站無功自動調(diào)節(jié)裝置。它從調(diào)節(jié)手段突破，不采用電容器投切方法，而是利用調(diào)節(jié)電容器端電壓改變輸出容量，電容器前端增設(shè)可調(diào)壓變壓器，利用補償無功Q=2πfCU2的原理，改變電容器輸入電壓，從而改變系統(tǒng)無功補償量；還有一種是靜止式動態(tài)無功補償裝置(SVC)，即電容器提供固定的容性無功Qc，通過可控硅導(dǎo)通角改變電抗器輸入電流，補償電抗器通過的電流決定了補償電抗器輸出感性無功QTCR的大小，感性無功和容性無功相抵消，只要能做到系統(tǒng)無功Qn=Qv(系統(tǒng)所需)-Qc+QTCR=常數(shù)，則能實現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，據(jù)此改變系統(tǒng)無功補償量，從而解決了電容器運行中的過電壓、涌流等問題，改投切的滯后調(diào)節(jié)為實時調(diào)節(jié)。目前，變電站電壓自動調(diào)節(jié)裝置的推廣應(yīng)用使電壓無功管理水平大大提高，可大幅度降低線損，提高廠礦企業(yè)的經(jīng)濟效益。其可以實現(xiàn)適時調(diào)節(jié)，而且保證電容器永遠運行在額定電壓以下，確保電容器使用安全，延長了其使用壽命。電容器固定接入不分組，而其輸出容量可連續(xù)調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

通過上面的分析可以看出，提高功率因數(shù)對節(jié)約電能、降低損耗、提高變配電設(shè)備的供電能力是極其有利的。本文主要討論了低功率因數(shù)對電力系統(tǒng)的不利表現(xiàn)，分析了廠礦企業(yè)功率因數(shù)低的主要原因，在此基礎(chǔ)上著重研究了提高功率因數(shù)的方法和人工補償無功功率的手段，并分析了提高功率因數(shù)對電力系統(tǒng)的重要意義?？傊?，提高功率因數(shù)必然對國家能源的利用、企業(yè)的經(jīng)濟效益起到積極作用，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)絡(luò)損耗，保障安全運行不可或缺的條件，它不僅能夠減少電費開支，提高企業(yè)自身的經(jīng)濟效益，而且能夠為國家節(jié)約資源。因此，應(yīng)根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施來提高廠礦企業(yè)的功率因數(shù)，降低無功損耗，從而提高經(jīng)濟效益。

[1]熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M].中國電力出版社，2004

[2]薛素旭，白會芳，郭偉華.煤礦企業(yè)提高功率因數(shù)的實踐與運用[J].東方企業(yè)文化，2011(10)

2014-06-20

王丹(1982—)，女，遼寧本溪人，助理工程師，研究方向：提高功率因數(shù)的意義。